电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件,将被测物理量或机械量转化成为电容量改动的一种转化设备,实践上便是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器广泛用于位移、视点、振荡、速度、压力、成分剖析、介质特性等方面的丈量。最常用的是平行板型电容器或圆筒型电容器。
70年代末以来,跟着集成电路技能的开展,呈现了与微型丈量外表封装在一起的电容式传感器。这种新式的传感器能使分布电容的影响大为减小,使其固有的缺陷得到战胜。电容式传感器是一种用处极广,很有开展潜力的传感器。
典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。当薄膜受压力效果时,薄膜会发作必定的变形,因而,上下电极之间的间隔发作必定的改动,然后使电容发作改动。但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的间隔的联系对错线性联系,因而,要用具有补偿功用的丈量电路对输出电容进行非线性补偿。
电容式传感器的作业原理
电容式传感器是将被丈量(如尺度、压力等)的改动转化成电容量改动的一种传感器。
电容传感器作业原理
由物理学可知,在疏忽边际效应的情况下,平板电容器的电容量为
式中
—真空的介电常数, =8.854&TImes;10-12F/m;
ε—极板间介质的相对介电系数,在空气中,ε=1;
S—极板的隐瞒面积(m2);
δ—两平行极板间的间隔(m)。
上式标明,当被丈量δ、S或ε发作改动时,会引起电容的改动。假如坚持其间的两个参数不变,而仅改动另一个参数,就可把该参数的改动变换为单一电容量的改动,再经过配套的丈量电路,将电容的改动转化为电信号输出。
依据电容器参数改动的特性,电容式传感器可分为极距改动型、面积改动型和介质改动型三种,其间极距改动型和面积改动型运用较广。
电容传感器特色
首要长处:
(1) 输人能量小而灵敏度高;
(2)电参量相对改动大;
(3) 动态特性好;
(4) 能量损耗小;
(5)结构简略,适应性好。
首要缺陷:(1)非线性大。(2)电缆分布电容影响大。
电容式传感器运用举例:电容式转速传感器
当齿轮滚动时,电容量发作周期性改动,经过丈量电路转化为脉冲信号,则频率计显现的频率代表转速巨细。
电容式传感器的结构类型
变极距(δ)型: (a)、(e)
变面积型(A)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) (h)
变介电常数(ε )型: (i)~(l)
(1) 变极距型电容传感器
(2) 变面积型电容传感器
角位移:极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移θ度时,两极板的隐瞒面积A↓→电容量↓。
板状线位移:极板2能够左右移动。极板1固定不动。
筒形:外圆筒不动,内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。
(3) 变介电常数型电容传感器
因为各种介质的相对介电常数不同,所以在电容器两极板间刺进不同介质时,电容器的电容量也就不同。这种传感器可用来丈量物位或液位,也可丈量位移。
电容式传感器的运用及其注意事项
电容式传感器的运用
电容式传感器不光广泛用于位移、振荡、视点、加速度等机械量的精细丈量,并且还逐渐地扩大到用于压力、差压、液位、物位或成份含量等方面的丈量。
电容式传感器运用中的注意事项
(1) 战胜寄生电容的影响
电容式传感器因为受结构与尺度的约束,其电容量都很小(pF到几十pF),归于小功率、高阻抗器材,因而极易外界搅扰,尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的搅扰,它与传感器电容相并联,严重影响感器的输出特性,甚至会吞没有用信号而不能运用。消除寄生电容影响,是电容式传感器有用的要害。
(2) 战胜边际效应的影响
实践受骗极板厚度h与极距δ之比相对较大时,边际效
应的影响就不能疏忽;边际效应不只使电容传感器的灵敏度下降,并且发生非线性。
(3) 战胜静电引力的影响
电容式传感器两极板间因存在静电场,而效果有静电引力或力矩。静电引力的巨细与极板间的作业电压、介电常数、极间间隔有关。一般这种静电引力很小,但在选用推动力很小的弹性灵敏元件情况下,须考虑因静电引力形成的丈量差错。
(4) 温度影响
环境温度的改动将改动电容传感器的输出相对被测输入量的单值函数联系,然后引进温度搅扰差错。温度影响首要包含温度对结构尺度和对介质的影响两方面。